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KR101953716B1 - 발광소자, 발광 소자 패키지 및 조명 시스템 - Google Patents

발광소자, 발광 소자 패키지 및 조명 시스템 Download PDF

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KR101953716B1
KR101953716B1 KR1020120092622A KR20120092622A KR101953716B1 KR 101953716 B1 KR101953716 B1 KR 101953716B1 KR 1020120092622 A KR1020120092622 A KR 1020120092622A KR 20120092622 A KR20120092622 A KR 20120092622A KR 101953716 B1 KR101953716 B1 KR 101953716B1
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KR
South Korea
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layer
barrier
light emitting
emitting device
barrier layer
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KR1020120092622A
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KR20140026891A (ko
Inventor
한영훈
최낙준
오정탁
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
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Publication date
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Priority to JP2013165833A priority patent/JP5755294B2/ja
Priority to EP13180257.1A priority patent/EP2701210B1/en
Priority to TW102129542A priority patent/TWI513037B/zh
Priority to US13/969,811 priority patent/US9711682B2/en
Priority to CN201310367268.4A priority patent/CN103633208B/zh
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Priority to JP2015106398A priority patent/JP6215255B2/ja
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  • Led Devices (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
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Abstract

실시 예에 따른 발광 소자는, 제1도전형 반도체층; 상기 제1도전형 반도체층 위에 제2도전형 반도체층; 및 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치되며, 복수의 우물층과 복수의 장벽층을 포함하는 활성층을 포함하며, 상기 복수의 장벽층은 인접한 제1우물층과 제2우물층 사이에 배치된 제1 내지 제3장벽층을 포함하며, 상기 제1장벽층은 상기 제1우물층과 상기 제2장벽층 사이에 알루미늄을 갖는 2원계 화합물 반도체를 포함하며, 상기 제3장벽층은 상기 제2장벽층과 상기 제2우물층 사이에 알루미늄을 갖는 2원계 화합물 반도체를 포함하며, 상기 제2장벽층은 상기 제1장벽층과 상기 제3장벽층 사이에 배치되며 3원계 또는 4원계 화합물 반도체를 포함한다.

Description

발광소자, 발광 소자 패키지 및 조명 시스템{LIGHT EMITTING DEVICE, LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE, AND LIGHTING SYSTEM}
실시예는 발광소자, 발광소자 제조방법, 및 발광소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 발광소자이다. 최근 발광 다이오드는 휘도가 점차 증가하게 되어 디스플레이용 광원, 자동차용 광원 및 조명용 광원으로 사용이 증가하고 있다.
최근에는 청색 또는 녹색 등의 단파장 광을 생성하여 풀 컬러 구현이 가능한 고출력 발광 칩이 개발된바 있다. 이에, 발광 칩으로부터 출력되는 광의 일부를 흡수하여 광의 파장과 다른 파장을 출력하는 형광체를 발광 칩 상에 도포함으로써, 다양한 색의 발광 다이오드를 조합할 수 있으며 백색 광을 발광하는 발광 다이오드도 구현이 가능하다.
실시예는 활성층에서 알루미늄을 포함하는 2원계의 제1 및 제3장벽층 사이에 알루미늄을 갖는 3원계의 제2장벽층을 배치한 발광 소자를 제공한다.
실시예는 활성층에서 알루미늄을 포함하는 2원계의 제1 및 제3장벽층 사이에 우물층을 배치한 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 활성층에서 제1밴드 갭을 갖는 제1 및 제3장벽층들 사이에 상기 제1밴드 갭보다 좁은 제2밴드 갭을 갖는 제2장벽층과 우물층을 포함하는 발광 소자를 제공한다.
실시 예에 따른 발광 소자는, 제1도전형 반도체층; 상기 제1도전형 반도체층 위에 제2도전형 반도체층; 및 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치되며, 복수의 우물층과 복수의 장벽층을 포함하는 활성층을 포함하며, 상기 복수의 장벽층은 인접한 제1우물층과 제2우물층 사이에 배치된 제1 내지 제3장벽층을 포함하며, 상기 제1장벽층은 상기 제1우물층과 상기 제2장벽층 사이에 알루미늄을 갖는 2원계 화합물 반도체를 포함하며, 상기 제3장벽층은 상기 제2장벽층과 상기 제2우물층 사이에 알루미늄을 갖는 2원계 화합물 반도체를 포함하며, 상기 제2장벽층은 상기 제1장벽층과 상기 제3장벽층 사이에 배치되며 3원계 또는 4원계 화합물 반도체를 포함한다.
실시예는 새로운 활성층을 제공할 수 있다.
실시예는 활성층의 내부 양자 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 캐리어 구속(Carrier confinement)의 효율을 개선시켜 줄 수 있는 활성층을 제공한다.
실시 예는 정공과 전자의 재 결합률의 개선을 통해 광도를 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 광도를 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 발광 소자 및 이를 구비한 발광 소자 패키지의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
도 1은 제1실시예에 따른 발광소자의 측 단면도이다.
도 2는 도 1의 활성층의 에너지 밴드 다이어 그램이다.
도 3은 제2실시 예에 따른 활성층의 에너지 밴드 다이어 그램의 다른 예이다.
도 4는 제3실시 예에 따른 활성층의 에너지 밴드 다이어 그램의 또 다른 예이다.
도 5는 도 1의 발광 소자의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1의 발광 소자의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5의 발광 소자를 갖는 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 8은 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 9는 실시예에 따른 표시 장치의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 실시예에 따른 조명 장치를 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 실시예에 따른 발광소자 및 그 제조방법에 대해서 상세하게 설명한다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 제1실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광소자(100)는 기판(111), 제1도전형 반도체층(117), 활성층(121) 및 제2도전형 반도체층(125)을 포함할 수 있다.
상기 기판(111)은 투광성, 절연성 또는 도전성 재질의 기판을 포함할 수 있으며, 예컨대, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, Ga2O3, LiGaO3 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 상기 기판(111)의 상면에는 복수의 돌출부가 형성될 수 있으며, 상기 복수의 돌출부는 상기 기판(111)의 식각을 통해 형성하거나, 별도의 광 추출 구조로 형성될 수 있다. 상기 돌출부는 스트라이프 형상, 반구형상, 또는 돔(dome) 형상을 포함할 수 있다. 상기 기판(111)의 두께는 30㎛-250㎛ 범위로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 기판(111) 위에는 복수의 화합물 반도체층이 성장될 수 있다. 상기 복수의 화합물 반도체층은 II족-VI족 및 III족-V족 화합물 반도체 중 적어도 하나를 이용하여 형성될 수 있다. 상기 복수의 화합물 반도체층 어느 한 층은 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP와 같은 화합물 반도체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 기판(111) 위의 화합물 반도체층은 다음과 같은 성장 장비에 의해 성장될 수 있다. 상기 성장 장비는 예컨대, 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering), MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)에 의해 형성할 수 있으며, 이러한 장비로 한정하지는 않는다.
상기 기판(111) 위에는 제1도전형 반도체층(117)이 형성될 수 있으며, 상기 제1도전형 반도체층(117)은 상기 기판(111)에 직접 접촉되거나, 상기 기판(111) 상에 배치된 다른 반도체층의 위에 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(117)은 제1도전형 도펀트가 도핑된 II족-VI족 및 III족-V족 화합물 반도체 중 적어도 하나로 구현될 수 있으며, 예컨대 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(117)은 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 제1도전형 반도체층(117)은 n형 반도체층을 포함하며, 상기 제1도전형의 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함한다.
상기 기판(111)과 상기 제1도전형 반도체층(117) 사이에는 하나 또는 복수의 반도체층이 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1도전형 반도체층(117) 위에는 활성층(121)이 배치되며, 상기 활성층(121)은 가시광선부터 자외선 대역의 광을 발생할 수 있다. 실시 예의 활성층(121)은 예컨대 400nm이하의 파장 대역의 광을 방출하며, 예컨대 385nm-285nm 범위의 파장 대역의 광을 발생할 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(117) 위에는 활성층(121)이 형성된다. 상기 활성층(121)은 단일 우물, 단일 양자 우물, 다중 우물, 다중 양자 우물(MQW), 양자 선, 양자 점 구조 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 활성층(121)은 우물층(22)과 제1장벽층 내지 제3장벽층(23,24,25)의 페어를 갖고 교대로 배치된다. 상기 우물층(22)은 양자 우물층으로 정의될 수 있으며, 상기 제1내지 제3장벽층(23,24,25)은 양자 장벽층으로 정의될 수 있다. 상기 우물층(22)과 상기 제1내지 제3장벽층(23,24,25)의 페어는 2-30주기로 형성될 수 있다. 상기 우물층(22)은 예컨대, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있으며, 예컨대 InGaN, GaN, 또는 AlGaN으로 형성될 수 있다. 상기 제1 내지 제3장벽층(23,24,25)은 상기 우물층(22)의 밴드 갭보다 넓은 밴드 갭을 갖는 반도체로 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 제1장벽층(23)은 알루미늄(Al)을 갖는 2원계의 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 예컨대 AlN으로 형성될 수 있다. 상기 제2장벽층(24)은 3원계 또는 4원계의 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 예컨대 AlGaN 또는 InAlGaN로 형성될 수 있다. 상기 제3장벽층(25)은 2원계의 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 예컨대 AlN으로 형성될 수 있다.
상기 우물층(22)과 제1 내지 제3장벽층(23,24,25)의 페어 구조는, InGaN/AlN/AlGaN/AlN, InGaN/AlN/InAlGaN/AlN, GaN/AlN/AlGaN/AlN, GaN/AlN/InAlGaN/AlN 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 활성층(121)의 상세한 설명은 도 2 내지 도 3의 실시 예를 참조하기로 한다.
상기 활성층(121)의 성장 방법은 예컨대, 소정의 성장 온도(예: 700 - 950℃) 하에서 H2 또는/및 N2를 캐리어 가스로 사용하여 NH3, TMGa(또는 TEGa), TMIn, TMAl를 소스로 선택적으로 공급하여, GaN 또는 InGaN으로 이루어진 우물층(22), AlN 및 AlGaN으로 이루어진 제1 내지 제3장벽층(23,24,25)을 형성할 수 있다.
상기 활성층(121) 위에는 제2도전형 반도체층(125)이 배치되며, 상기 제2도전형 반도체층(125)은 제2도전형의 도펀트를 포함한다. 상기 제2도전형 반도체층(125)은 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP와 같은 화합물 반도체 중 적어도 하나를 포함하는 층들의 적층 구조를 포함할 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(125)이 p형 반도체층을 포함하며, 상기 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
발광 구조물(150)의 층들의 전도성 타입은 반대로 형성될 수 있으며, 예컨대 상기 제2도전형 반도체층(125)은 n형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층(117)은 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 또한 상기 제2도전형 반도체층(125) 위에는 상기 제2도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체층인 n형 반도체층이 더 형성할 수도 있다. 상기 발광소자(100)는 상기 제1도전형 반도체층(117), 활성층(121) 및 상기 제2도전형 반도체층(125)을 발광 구조물(150)로 정의될 수 있으며, 상기 발광 구조물(150)은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 적어도 한 구조를 포함할 수 있다. 상기 n-p 및 p-n 접합은 2개의 층 사이에 활성층이 배치되며, n-p-n 접합 또는 p-n-p 접합은 3개의 층 사이에 적어도 하나의 활성층을 포함하게 된다.
도 2는 도 1의 활성층의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이다. 도 2에서 세로 축(Y)은 에너지 밴드 갭의 절대 크기(eV)를 나타내며, 가로 축(X)은 성장 방향을 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 활성층(121)은 상기 제1도전형 반도체층(117)에 인접한 우물층(22)부터 제1 내지 제3장벽층(23,24,25)의 순의 주기를 갖고 교대로 형성된다.
상기 활성층 중에서 상기 제1도전형 반도체층(117)에 가장 인접한 층은 첫 번째 우물층인 제1 우물층(W1)일 수 있다. 다른 예로서, 상기 제1 내지 제3장벽층(23,24,25) 중 어느 한 층이 상기 제1도전형 반도체층(117)에 가장 인접하게 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 제1실시 예는 제1우물층(W1)을 상기 제1도전형 반도체층(117)에 가장 인접하게 배치한 예를 나타낸 것이다. 상기 제1우물층(W1)을 제외한 우물층(W2) 각각은 상기 제1 및 제3장벽층(23, 25) 사이에 각각 배치된다. 또한 인접한 두 우물층(W1, W2) 사이에는 제1 내지 제3장벽층(23,24,25)이 배치되며, 상기 제1장벽층(23)은 제1우물층(W1)과 제2장벽층(24) 사이에 배치되며, 상기 제2장벽층(24)은 제1장벽층(23)과 제3장벽층(25) 사이에 배치되며, 상기 제3장벽층(25)은 제2장벽층(24)과 제2우물층(W2) 사이에 배치된다.
상기 우물층(22)은 예컨대 InGaN, GaN, 또는 AlGaN으로 형성될 수 있다. 상기 제1장벽층(23)은 알루미늄(Al)을 갖는 2원계의 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 예컨대 AlN으로 형성될 수 있다. 상기 제2장벽층(24)은 3원계 또는 4원계의 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 예컨대 AlGaN 또는 InAlGaN로 형성될 수 있다. 상기 제3장벽층(25)은 2원계의 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 예컨대 AlN으로 형성될 수 있다.
상기 우물층(22)의 밴드 갭(B1)은 상기 제1내지 제3장벽층(23,24,25)의 밴드 갭(B2,B3)보다 좁게 형성되며, 상기 제1장벽층(23) 및 제3장벽층(25)의 밴드 갭(B3)은 제2장벽층(24)의 밴드 갭(B2)보다 넓게 형성된다. 상기 제1 및 제3장벽층(23,25)은 서로 동일한 밴드 갭(B3)으로 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제3장벽층(23,25)은 상기 제2장벽층(24)의 알루미늄 함량보다 높은 알루미늄 함량을 갖고, 예컨대 상기 제2장벽층(24)은 질소를 제외한 조성비 중에서 알루미늄 함량이 5-30% 범위 예컨대 5-10% 범위로 형성될 수 있다. 상기 우물층(22)의 인듐 조성비는 질소를 제외한 조성비 중에서 1-15% 범위로 가질 수 있으며, 예컨대 1-5%의 인듐 조성비로 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제3장벽층(23,25)은 상기 제2장벽층(24)의 두께(T3)보다 얇은 두께(T1)로 형성될 수 있으며, 또한 우물층(22)의 두께(T2)보다 얇을 수 있다.
상기 우물층(22)의 두께(T2)는 1.5-5nm 범위 내에 형성될 수 있으며, 예컨대 2nm-4nm 범위 내에서 형성될 수 있다. 상기 제2장벽층(24)의 두께(T3)는 상기 우물층(22)의 두께(T2)보다 더 두꺼운 두께인 4nm-30nm의 범위 내에 형성될 수 있으며, 예컨대 4nm-6nm 범위 내에서 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제3장벽층(23,25)의 두께(T1)는 서로 동일하게 형성되며 1nm-10nm 범위로 형성될 수 있으며, 예컨대 1nm-4nm 범위로 형성될 수 있다.
상기 각 우물층(22)은 제1 및 제3장벽층(23,25) 사이에 배치되므로, 양자 우물구조에서 알루미늄의 조성비를 증가시켜 AlGaN 장벽층의 장벽 높이를 높이지 않더라도, AlN 층인 제1 및 제3장벽층(23,25)에 의해 장벽 높이가 높여질 수 있다. 이에 따라 상기 제1도전형 반도체층(117)로부터 유입되는 캐리어를 구속(confinement)시키는 효과를 줄 수 있다. 또한 AlGaN 재질의 제2장벽층(24)에서 알루미늄의 조성비 증가에 따른 장벽 품질의 저하를 방지할 수 있다. 또한 캐리어 구속을 위한 제2장벽층(24)의 장벽 높이가 낮아짐으로써, 상기 제2장벽층(24)의 두께를 좁게 형성할 수 있다. 또한 AlN 재질의 제1 및 제3장벽층(23,25)은 AlGaN 보다 격자 상수가 적어짐으로써, 활성층(121)에서의 분극 현상을 완화시켜 줄 수 있으며, 상기 우물층(22)과 제1 및 제2장벽층(23,25) 사이의 계면에서 결정성이 좋은 접합을 가질 수 있다.
상기 제1 및 제3장벽층(23,25)은 상기 우물층(22)의 양측에서 전자 블록킹층의 역할을 하므로, 상기 활성층(121)의 전 영역에서의 전자와 정공의 재 결합률을 높여줄 수 있다.
상기의 활성층(121)은 우물층(22) 및 상기 제1 내지 제3장벽층(23,24,25)에 의해 400nm이하의 파장 대역의 광을 방출하며, 예컨대 385nm-285nm 범위의 파장 대역의 광을 발생하게 된다. 상기 활성층(121)의 발생 광이 285nm에 인접한 경우, 상기 우물층(22)은 알루미늄을 갖는 3원계 화합물 예컨대, AlGaN으로 형성될 수 있다.
상기 제1 내지 제3장벽층(23,24,25) 중 적어도 하나에는 n형 도펀트를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 우물층(22)의 밴드 갭은 상기의 피크 파장이나 재료에 따라 변경될 수 있다.
도 3은 제2실시 예에 따른 활성층의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 활성층(121A)은 우물층(22)과 제1내지 제3장벽층(23,24,25)를 포함하며, 이러한 구성은 제1실시 예의 설명을 참조하기로 한다.
상기 우물층(22) 중에서 첫 번째 제1우물층(W1)과 제1도전형 반도체층(117) 사이에 제4장벽층(26)이 배치될 수 있으며, 상기 제4장벽층(26)은 알루미늄을 포함하는 2원계 질화물 반도체이거나, 3원계 이상의 질화물 반도체일 수 있다.
상기 제4장벽층(26)은 제1 및 제3장벽층(23,25)과 동일한 재질로 형성되거나, 제2장벽층(24)과 동일한 재질로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제4장벽층(26)의 밴드 갭은 상기 제1도전형 반도체층(117)의 밴드 갭보다 높거나 같을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제4장벽층(26)의 두께(T4)는 상기 제1장벽층(23)의 두께(T1)과 동일하거나, 1nm-10nm 범위, 예컨대 1nm-4nm 범위로 형성될 수 있다.
상기 제1우물층(W1)의 양 측에 AlN의 제1 및 제4장벽층(23,26)이 배치된 경우, 제1우물층(W1)의 장벽 높이를 높여줄 수 있는 효과가 있고, 분극 현상을 완화시켜 줄 수 있다.
도 4는 제3실시 예에 따른 활성층의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 활성층(121B)은 우물층(22)과 제1내지 제3장벽층(23A, 24A, 25A)를 포함하며, 상기 제1장벽층(23A) 및 제3장벽층(25A)은 알루미늄 조성비가 선형적 또는 비 선형적으로 증가하게 된다.
상기 제1장벽층(23A)은 제1우물층(W1)에 인접한 영역의 알루미늄 조성비는 제2장벽층(24A)에 인접한 영역의 알루미늄 조성비보다 낮게 형성된다. 이에 따라 제1장벽층(23A) 중 제1우물층(W1)에 인접한 영역의 밴드 갭은 제2장벽층(24A)에 인접한 영역의 밴드 갭보다 좁게 형성될 수 있다.
상기 제3장벽층(25A)은 제2장벽층(24A)에 인접한 영역의 알루미늄 조성비는 제2우물층(W2)에 인접한 영역의 알루미늄 조성비보다 낮게 형성된다. 이에 따라 제3장벽층(25A) 중 제2장벽층(24A)에 인접한 영역의 밴드 갭은 제2우물층(W2)에 인접한 영역의 밴드 갭보다 좁게 형성될 수 있다.
상기와 같이, 제1 및 제3장벽층(23A, 25A)의 알루미늄 조성비를 선형적 또는 비 선형적으로 증가시켜 줌으로써, 상기 제2장벽층(24A)에서의 전자 블록킹 효과를 개선시켜 줄 수 있다.
도 5는 도 1의 발광 소자의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 발광 소자(101)는 기판(111), 버퍼층(113), 저 전도층(115), 제1도전형 반도체층(117), 클래드층(119), 활성층(121), 전자 차단층(123), 및 제2도전형 반도체층(125)을 포함할 수 있다.
상기 기판(111)은 상면에 복수의 돌출부(112)가 형성될 수 있으며, 상기 복수의 돌출부(112)는 광 추출 구조로 형성될 수 있다.
상기 기판(111) 위에는 버퍼층(113)이 형성될 수 있으며, 상기 버퍼층(113)은 II족 내지 VI족 화합물 반도체를 이용하여 적어도 한 층으로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(113)은 III족-V족 화합물 반도체를 이용한 반도체층을 포함하며, 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(113)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP과 같은 화합물 반도체 중 적어도 하나를 포함한다. 다른 예로서, 상기 버퍼층(113)은 서로 다른 반도체층을 교대로 배치하여 초 격자 구조로 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(113)은 상기 기판(111)과 질화물 계열의 반도체층과의 격자 상수의 차이를 완화시켜 주기 위해 형성될 수 있으며, 결함 제어층으로 정의될 수 있으며, 상기 기판(111)과 질화물 계열의 반도체층 사이의 격자 상수 사이의 값을 가질 수 있다. 상기 버퍼층(113)은 ZnO 층과 같은 산화물로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 버퍼층(113)은 30-500nm 범위로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 버퍼층(113) 위에 저 전도층(115)이 형성되며, 상기 저 전도층(115)은 언도프드 반도체층으로서, 제1도전형 반도체층(117)의 전기 전도성 보다 낮은 전기 전도성을 가진다. 상기 저 전도층(115)은 III족-V족 화합물 반도체를 이용한 GaN계 반도체로 구현될 수 있으며, 이러한 언도프드 반도체층은 의도적으로 도전형 도펀트를 도핑하지 않더라도 제1도전형 특성을 가지게 된다. 상기 언도프드 반도체층은 형성하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 저 전도층(115) 위에는 제1도전형 반도체층(117)이 형성될 수 있으며, 상기 제1도전형 반도체층(117)은 제1실시 예의 설명을 참조하기로 한다. 상기 저 전도층(115)과 상기 제1도전형 반도체층(117) 사이에는 서로 다른 제1층과 제2층이 교대로 배치된 초격자 구조로 형성될 수 있으며, 상기 제1층과 제2층의 두께는 수 A 이상으로 형성될 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(117) 위에는 클래드층(119)이 배치되며, 상기 클래드층(119) 위에는 활성층(121)이 배치된다. 상기 클래드층(119)은 GaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 캐리어를 구속시켜 주는 역할을 한다. 다른 예로서, 상기 클래드층(119)은 InGaN층 또는 InGaN/GaN 초격자 구조로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다. 상기 클래드층(119)은 n형 또는/및 p형 도펀트를 포함할 수 있으며, 예컨대 제1도전형 또는 저 전도성의 반도체층으로 형성될 수 있다.
상기 활성층(121)은 상기에 개시된 실시 예의 설명을 참조하기로 한다. 상기 활성층(121) 아래에 상기 클래드층(119)이 배치되므로, 상기 클래드층(119)는 도 2의 제1우물층(W1)과 인접한 층이 될 수 있다. 상기 클래드층(119)의 밴드 갭은 상기 활성층(121)의 제1 내지 제3장벽층(23,24,25)의 밴드 갭 이상의 밴드 갭으로 형성될 수 있다.
상기 활성층(121) 위에는 전자 차단층(123)이 형성되며, 상기 전자 차단층(123)은 상기 활성층(121)의 제2장벽층(24)의 밴드 갭보다 넓은 밴드 갭으로 형성될 수 있다. 상기 전자 차단층(123)은 III-V족 화합물 반도체 예컨대, GaN 계 반도체로서, AlGaN으로 형성될 수 있다. 상기 전자 차단층(123)에 인접한 장벽층은 제1 내지 제3장벽층(23,24,25) 중 어느 하나일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 전자 차단층(123) 위에는 제2도전형 반도체층(125)이 형성되며, 상기 제2도전형 반도체층(125)은 제1실시 예의 설명을 참조하기로 한다. 상기 전자 차단층(123)의 성장을 위해 상기 활성층(121)의 마지막 양자 우물 구조를 성장하면서 성장 온도를 올리게 된다. 이때 성장 온도를 올림으로써, 마지막 양자 우물 구조의 박막 특성은 개선될 수 있다.
발광 구조물(150A)은 제1도전형 반도체층(117)부터 상기 제2도전형 반도체층(125)까지의 층 구조를 포함할 수 있다.
발광 구조물(150A) 위에 전극층(141) 및 제2전극(145)이 형성되며, 상기 제1도전형 반도체층(117) 위에 제1전극(143)이 형성된다.
상기 전극층(141)은 전류 확산층으로서, 투과성 및 전기 전도성을 가지는 물질로 형성될 수 있다. 상기 전극층(141)은 화합물 반도체층의 굴절률보다 낮은 굴절률로 형성될 수 있다.
상기 전극층(141)은 제2도전형 반도체층(125)의 상면에 형성되며, 그 물질은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), ZnO, IrOx, RuOx, NiO 등 중에서 선택되며, 적어도 한 층으로 형성될 수 있다. 상기 전극층(141)은 반사 전극층으로 형성될 수 있으며, 그 물질은 예컨대, Al, Ag, Pd, Rh, Pt, Ir 및 이들 중 2이상의 합금 중에서 선택적으로 형성될 수 있다.
상기 제2전극(145)은 상기 제2도전형 반도체층(125) 및/또는 상기 전극층(141) 위에 형성될 수 있으며, 전극 패드를 포함할 수 있다. 상기 제2전극(145)은 암(arm) 구조 또는 핑거(finger) 구조의 전류 확산 패턴이 더 형성될 수 있다. 상기 제2전극(145)은 오믹 접촉, 접착층, 본딩층의 특성을 갖는 금속으로 비 투광성 특성을 가질 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1도전형 반도체층(117)의 일부에는 제1전극(143)이 형성된다. 상기 제1전극(143)은 상기 제1도전형 반도체층(117)의 노출된 영역에 형성될 수 있다. 상기 제1전극(143)과 상기 제2전극(145)은 금속 예컨대, Ti, Ru, Rh, Ir, Mg, Zn, Al, In, Ta, Pd, Co, Ni, Si, Ge, Ag 및 Au와 이들의 선택적인 합금 중에서 선택될 수 있다.
상기 발광 소자(101)의 표면에 절연층이 더 형성될 수 있으며, 상기 절연층은 발광 구조물(150A)의 층간 쇼트(short)를 방지하고, 습기 침투를 방지할 수 있다.
도6은 도 1의 발광 소자의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 발광 구조물(150A) 아래에 전류 블록킹층(161), 채널층(163) 및 제2전극(170)이 배치된다. 상기 전류 블록킹층(161)은 절연 물질 예컨대, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 발광 구조물(150A)과 제2전극(170) 사이에 적어도 하나가 형성될 수 있다.
상기 전류 블록킹층(161)은 상기 발광 구조물(150A) 위에 배치된 제1전극(143)과 상기 발광 구조물(150A)의 두께 방향으로 대응되게 배치된다. 상기 전류 블록킹층(161)은 상기 제2전극(170)으로부터 공급되는 전류를 차단하여, 다른 경로로 확산시켜 줄 수 있다. 다른 예로서, 상기 전류 블록킹층(161)은 상기 제2도전형 반도체층(125)의 하면과 쇼트키 접촉하는 금속 물질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 채널층(163)은 상기 제2도전형 반도체층(125)의 하면 둘레를 따라 형성되며, 링(ring) 형상, 루프(loop) 형상 또는 프레임(frame) 형상으로 형성될 수 있다. 상기 채널층(163)은 전도성 물질 또는 비 전도성 물질, 절연 물질 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 채널층(163)은 ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 채널층(163)은 금속으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 채널층(163)의 내측부는 상기 제2도전형 반도체층(125)의 하면 영역의 둘레에접촉되고, 외측부는 상기 발광 구조물(150A)의 측면보다 더 외측에 배치된다.
상기 제2도전형 반도체층(125) 아래에 제2전극(170)이 형성될 수 있다. 상기 제2전극(170)은 복수의 전도층(165,167,169)을 포함할 수 있다.
상기 제2전극(170)은 접촉층(165), 반사층(167), 및 본딩층(169)을 포함한다. 상기 접촉층(165)은 상기 제2도전형 반도체층(125)의 하면과 오믹 접촉되는 물질로서, 금속 또는 금속성 물질로 형성될 수 있다. 상기 접촉층(165)은 예컨대, ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등과 같은 저 전도성 물질이거나 Ni, Ag의 금속을 이용할 수 있다. 상기 접촉층(165) 아래에 반사층(167)이 형성되며, 상기 반사층(167)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함하는 구조로 형성될 수 있다. 상기 반사층(167)은 상기 제2도전형 반도체층(125) 아래에 접촉될 수 있으며, 금속으로 오믹 접촉하거나 ITO와 같은 저 전도 물질로 오믹 접촉할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 반사층(167) 아래에는 본딩층(169)이 형성되며, 상기 본딩층(169)은 베리어 금속 또는 본딩 금속으로 사용될 수 있으며, 그 물질은 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 및 Ta와 선택적인 합금 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 본딩층(169) 아래에는 지지 부재(173)가 형성되며, 상기 지지 부재(173)는 전도성 부재로 형성될 수 있으며, 그 물질은 구리(Cu-copper), 금(Au-gold), 니켈(Ni-nickel), 몰리브덴(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC 등)와 같은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 상기 지지부재(173)는 다른 예로서, 전도성 시트로 구현될 수 있다.
여기서, 상기 도 1 또는 도 5의 기판 즉, 성장 기판은 제거하게 된다. 상기 성장 기판의 제거 방법은 물리적 방법(예: Laser lift off) 또는/및 화학적 방법(습식 에칭 등)으로 제거할 수 있으며, 상기 제1도전형 반도체층(117)을 노출시켜 준다. 상기 기판이 제거된 방향을 통해 아이솔레이션 에칭을 수행하여, 상기 제1도전형 반도체층(117) 상에 제1전극(181)을 형성하게 된다.
상기 제1도전형 반도체층(117)의 상면에는 러프니스와 같은 광 추출 구조(117A)로 형성될 수 있다.
이에 따라 발광 구조물(150A) 위에 제1전극(143) 및 아래에 지지 부재(173)를 갖는 수직형 전극 구조를 갖는 발광 소자(102)가 제조될 수 있다.
도 7은 도 5의 발광 소자를 갖는 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 발광소자 패키지(200)는 몸체(210)와, 상기 몸체(210)에 적어도 일부가 배치된 제1 리드전극(211) 및 제2 리드전극(212)과, 상기 몸체(210) 상에 상기 제1 리드전극(211) 및 제2 리드전극(212)과 전기적으로 연결되는 상기 발광 소자(101)와, 상기 몸체(210) 상에 상기 발광 소자(101)를 포위하는 몰딩부재(220)를 포함한다.
상기 몸체(210)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 몸체(210)는 위에서 볼 때 내부에 캐비티(cavity)(201) 및 그 둘레에 경사면을 갖는 반사부(215)를 포함한다.
상기 제1 리드전극(211) 및 상기 제2 리드전극(212)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 몸체(210) 내부를 관통하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 리드전극(211) 및 상기 제2 리드전극(212)의 내측부는 상기 캐비티 내부에 배치되고, 다른 부분은 상기 몸체(210)의 외부에 배치될 수 있다.
상기 제1 리드전극(211) 및 제2 리드전극(212)은 상기 발광 소자(101)에 전원을 공급하고, 상기 발광 소자(101)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광 소자(101)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 기능을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(101)는 상기 몸체(210) 상에 설치되거나 상기 제1 리드전극(211) 또는/및 제2 리드전극(212) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(101)의 와이어(216)는 상기 제1 리드전극(211) 또는 제2 리드전극(212) 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
상기 몰딩부재(220)는 상기 발광 소자(101)를 포위하여 상기 발광 소자(101)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(220)에는 형광체가 포함되고, 이러한 형광체에 의해 상기 발광 소자(101)에서 방출된 광의 파장이 변화될 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지는 라이트 유닛에 적용될 수 있다. 상기 라이트 유닛은 복수의 발광 소자 또는 발광 소자 패키지가 어레이된 구조를 포함하며, 도 9 및 도 10에 도시된 표시 장치, 도 11에 도시된 조명 장치를 포함하고, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판 등이 포함될 수 있다.
<조명 시스템>
실시예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자를 갖는 패키지는 조명 시스템에 적용될 수 있다. 상기 조명 시스템은 복수의 발광 소자가 어레이된 구조를 포함하며, 도 8 및 도 9에 도시된 표시 장치, 도 10에 도시된 조명 장치를 포함하고, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판 등이 포함될 수 있다.
도 8는 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 8를 참조하면, 실시예에 따른 표시 장치(1000)는 도광판(1041)과, 상기 도광판(1041)에 빛을 제공하는 광원 모듈(1031)와, 상기 도광판(1041) 아래에 반사 부재(1022)와, 상기 도광판(1041) 위에 광학 시트(1051)와, 상기 광학 시트(1051) 위에 표시 패널(1061)과, 상기 도광판(1041), 광원 모듈(1031) 및 반사 부재(1022)를 수납하는 바텀 커버(1011)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 바텀 커버(1011), 반사시트(1022), 도광판(1041), 광학 시트(1051)는 라이트 유닛(1050)으로 정의될 수 있다.
상기 도광판(1041)은 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1041)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl methacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthalate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 광원 모듈(1031)은 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 표시 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 광원 모듈(1031)은 상기 바텀 커버(1011) 내에 적어도 하나를 포함하며, 상기 도광판(1041)의 일 측면에서 직접 또는 간접적으로 광을 제공할 수 있다. 상기 광원 모듈(1031)은 지지 부재(1033)에 배치된 상기에 개시된 실시 예(들)에 따른 발광 소자(1035)를 포함하며, 상기 발광 소자(1035)는 상기 지지부재(1033) 상에 소정 간격으로 어레이될 수 있다. 상기 지지부재(1033)는 기판이거나, 방열 플레이트일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 지지부재(1033)로서 상기 기판은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 기판은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자(1035)는 상기 바텀 커버(1011)의 측면 또는 방열 플레이트 상에 탑재될 수 있다. 상기의 발광 소자(1035)는 실시 예에 따른 발광 소자 또는 실시 예의 발광 소자를 갖는 패키지로 구현될 수 있다. 여기서, 상기 방열 플레이트의 일부는 상기 바텀 커버(1011)의 상면에 접촉될 수 있다.
그리고, 상기 복수의 발광 소자(1035)는 상기 지지부재(1033) 상에 빛이 방출되는 출사면이 상기 도광판(1041)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자(1035)는 상기 도광판(1041)의 일측 면인 입광부에 광을 직접 또는 간접적으로 제공할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도광판(1041) 아래에는 상기 반사 부재(1022)가 배치될 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 도광판(1041)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 상기 라이트 유닛(1050)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 바텀 커버(1011)의 상면일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 상기 도광판(1041), 광원 모듈(1031) 및 반사 부재(1022) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1011)는 상면이 개구된 박스(box) 형상을 갖는 수납부(1012)가 구비될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 바텀 커버(1011)는 탑 커버와 결합될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 또한 상기 바텀 커버(1011)는 열 전도성이 좋은 금속 또는 비 금속 재료를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 표시 패널(1061)은 예컨대, LCD 패널로서, 서로 대향되는 투명한 재질의 제 1 및 제 2기판, 그리고 제 1 및 제 2기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 상기 표시 패널(1061)의 적어도 일면에는 편광판이 부착될 수 있으며, 이러한 편광판의 부착 구조로 한정하지는 않는다. 상기 표시 패널(1061)은 광학 시트(1051)를 통과한 광에 의해 정보를 표시하게 된다. 이러한 표시 장치(1000)는 각 종 휴대 단말기, 노트북 컴퓨터의 모니터, 랩탑 컴퓨터의 모니터, 텔레비젼 등에 적용될 수 있다.
상기 광학 시트(1051)는 상기 표시 패널(1061)과 상기 도광판(1041) 사이에 배치되며, 적어도 한 장의 투광성 시트를 포함한다. 상기 광학 시트(1051)는 예컨대 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등과 같은 시트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 또는/및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 표시 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다. 또한 상기 표시 패널(1061) 위에는 보호 시트가 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
여기서, 상기 광원 모듈(1031)의 광 경로 상에는 광학 부재로서, 상기 도광판(1041), 및 광학 시트(1051)를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 9는 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 표시 장치(1100)는 바텀 커버(1152), 발광 소자(1124)가 어레이된 지지부재(1120), 광학 부재(1154), 및 표시 패널(1155)을 포함한다.
상기 지지부재(1120)와 상기 발광 소자(1124)는 광원 모듈(1060)로 정의될 수 있다. 상기의 발광 소자(1124)는 실시 예에 개시된 발광 소자 또는 실시 예의 발광 소자를 갖는 패키지로 구현될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152), 적어도 하나의 광원 모듈(1060), 광학 부재(1154)는 라이트 유닛(1150)으로 정의될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152)에는 수납부(1153)를 구비할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기의 광원 모듈(1060)은 지지부재(1120) 및 상기 지지부재(1120) 위에 배열된 복수의 발광 소자(1124)를 포함한다.
여기서, 상기 광학 부재(1154)는 렌즈, 도광판, 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도광판은 PC 재질 또는 PMMA(poly methyl methacrylate) 재질로 이루어질 수 있으며, 이러한 도광판은 제거될 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 표시 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다.
상기 광학 부재(1154)는 상기 광원 모듈(1060) 위에 배치되며, 상기 광원 모듈(1060)로부터 방출된 광을 면 광원하거나, 확산, 집광 등을 수행하게 된다.
도 10은 실시 예에 따른 조명소자를 갖는 조명장치의 분해 사시도이다.
도 10을 참조하면, 실시 예에 따른 조명 장치는 커버(2100), 광원 모듈(2200), 방열체(2400), 전원 제공부(2600), 내부 케이스(2700), 소켓(2800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(2300)와 홀더(2500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)은 실시 예에 따른 발광소자 또는 발광 소자 패키지를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 커버(2100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기 시킬 수 있다. 상기 커버(2100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
상기 커버(2100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(2100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(2100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.
상기 커버(2100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(2100)는 외부에서 상기 광원 모듈(2200)이 보이도록 투명할 수 있고, 불투명할 수 있다. 상기 커버(2100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
상기 광원 모듈(2200)은 상기 방열체(2400)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열은 상기 방열체(2400)로 전도된다. 상기 광원 모듈(2200)은 발광 소자(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다.
상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 조명소자(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다. 상기 가이드홈(2310)은 상기 조명소자(2210)의 기판 및 커넥터(2250)와 대응된다.
상기 부재(2300)의 표면은 빛 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 부재(2300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 상기 부재(2300)는 상기 커버(2100)의 내면에 반사되어 상기 광원 모듈(2200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 상기 커버(2100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 부재(2300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)의 연결 플레이트(2230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방열체(2400)와 상기 연결 플레이트(2230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 상기 부재(2300)는 절연 물질로 구성되어 상기 연결 플레이트(2230)와 상기 방열체(2400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 상기 방열체(2400)는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열과 상기 전원 제공부(2600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
상기 홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)을 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(2700)의 상기 절연부(2710)에 수납되는 상기 전원 제공부(2600)는 밀폐된다. 상기 홀더(2500)는 가이드 돌출부(2510)를 갖는다. 상기 가이드 돌출부(2510)는 상기 전원 제공부(2600)의 돌출부(2610)가 관통하는 홀을 구비할 수 있다.
상기 전원 제공부(2600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 상기 광원 모듈(2200)로 제공한다. 상기 전원 제공부(2600)는 상기 내부 케이스(2700)의 수납홈(2719)에 수납되고, 상기 홀더(2500)에 의해 상기 내부 케이스(2700)의 내부에 밀폐된다.
상기 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(2630)는 상기 베이스(2650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 가이드부(2630)는 상기 홀더(2500)에 삽입될 수 있다. 상기 베이스(2650)의 일 면 위에 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 광원 모듈(2200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원 모듈(2200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 연장부(2670)는 상기 베이스(2650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 상기 연장부(2670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결되고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(2800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 내부 케이스(2700)는 내부에 상기 전원 제공부(2600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(2600)가 상기 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
111,131: 기판 113: 버퍼층
115: 저 전도층 117: 제1도전형 반도체층
119: 클래드층 121: 활성층
123: 전자 차단층 125: 제2도전형 반도체층
22: 우물층 23,23A: 제1장벽층
24,24A: 제2장벽층 25,25A: 제3장벽층
26: 제4장벽층

Claims (15)

  1. 제1도전형 반도체층;
    상기 제1도전형 반도체층 위에 제2도전형 반도체층; 및
    상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치되며, 복수의 우물층과 복수의 장벽층을 포함하는 활성층을 포함하며,
    상기 복수의 우물층은 제1우물층과 상기 제1우물층에 인접한 제2우물층을 포함하며,
    상기 복수의 장벽층 중 적어도 하나는 상기 제1 및 제2우물층 사이에 배치된 제1 내지 제3장벽층을 포함하며,
    상기 제1장벽층은 상기 제1우물층과 상기 제2장벽층 사이에 알루미늄을 갖는 2원계 화합물 반도체를 포함하며,
    상기 제3장벽층은 상기 제2장벽층과 상기 제2우물층 사이에 알루미늄을 갖는 2원계 화합물 반도체를 포함하며,
    상기 제2장벽층은 상기 제1장벽층과 상기 제3장벽층 사이에 배치되며 3원계 또는 4원계 화합물 반도체를 포함하며,
    상기 제2장벽층은 상기 우물층의 밴드 갭보다 넓은 밴드 갭을 가지며,
    상기 제2장벽층의 두께는 상기 제1장벽층의 두께보다 두껍고,
    상기 제2장벽층의 두께는 상기 제3장벽층의 두께보다 두껍고,
    상기 제1 및 제3장벽층의 두께는 상기 우물층의 두께보다 얇으며,
    상기 활성층은 400nm 이하의 파장의 광을 발생하며,
    상기 제1 및 제3장벽층은 1nm-10nm 범위의 두께를 포함하며,
    상기 제1 및 제3장벽층은 AlN 반도체로 형성되는 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 활성층과 상기 제1도전형 반도체층 사이에 클래드층 및 상기 활성층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 전자 차단층을 포함하는 발광소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제3장벽층은 상기 제2장벽층의 밴드 갭보다 넓은 밴드 갭을 갖는 발광 소자.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1도전형 반도체층은 AlGaN을 포함하며,
    상기 제2도전형 반도체층은 AlGaN을 포함하는 발광 소자.
  5. 삭제
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 우물층 중 어느 한 층이 상기 제1 내지 제3장벽층보다 상기 제1도전형 반도체층에 가장 인접하게 배치되는 발광 소자.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 우물층보다 상기 제1도전형 반도체층에 가장 인접하게 배치된 제4장벽층을 포함하며, 상기 제4장벽층은 상기 제1 내지 제3장벽층 중 어느 하나의 반도체로 형성되는 발광 소자.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2도전형 반도체층에 가장 인접한 장벽층은 제1장벽층 또는 제2장벽층과 동일한 반도체로 형성되는 발광 소자.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성층은 385nm 이하 또는 385nm 내지 285nm 범위의 파장의 광을 발생하는 발광 소자.
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2장벽층은 상기 우물층의 두께보다 두껍고 AlGaN 반도체를 포함하는 발광 소자.
  13. 제7항에 있어서, 상기 우물층은 InGaN 반도체로 형성되며, 상기 InGaN 반도체의 인듐 조성비는 1-5% 범위를 갖는 발광 소자.
  14. 제7항에 있어서, 상기 제1도전형 반도체층은 n형 도펀트를 포함하며, 상기 제2도전형 반도체층은 p형 도펀트를 포함하는 발광 소자.
  15. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 발광 소자를 갖는 조명 시스템.
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